Способ частотной модуляции и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в передающих устройствах и служит для создания стабильной частоты, изменяемой в широких пределах. Стабильный опорный генератор 1 с помощью колец ФАПЧ, содержащих соответствующие газовые детекторы 2₁ и 2₂ и ФНЧ 3₁ и 3₂, стабилизируют частоту перестраиваемых генераторов 4₁ и 4₂ . Частоту первого перестраиваемого генератора 4₁ изменяют по закону моделирующего сигнала S(t), частоту второго генератора изменяют по закону инверсному S(t). Сигнал первого генератора 4₁ в умножителе 6₁ умножают в n раз, а второго генератора 4₂ в умножителе 6₂ умножают в (n - 1) раз. С умножителей 6₁ и 6₂ сигналы подаются на смеситель 7, а затем разностный сигнал выделяется полосовым фильтром 8. Достигаемым техническим результатом является увеличение диапазона изменения частоты в n раз. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в передающих устройствах.

Известен способ частотной модуляции (Диксон Р.К. Широкополосные системы. -М. : Связь, 1979, с.111, рис. 4.22a), основанный на изменении частоты перестраиваемого генератора по закону модулирующего сигнала и подстройки частоты перестраиваемого генератора с помощью управляющего напряжения, формируемого кварцевым дискриминатором.

Недостатком такого способа является невозможность изменения частоты в широких пределах и ограниченный диапазон стабилизации, определяемый частотным диапазоном имеющихся кварцевых дискриминаторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ частотной модуляции, (Диксон Р.К. Широкополосные системы. -М.: Связь, 1979, с. 111), основанный на изменении по закону модулирующего сигнала частоты перестраиваемого генератора, подстраиваемого с помощью управляющего напряжения, формируемого с использованием стабильного опорного генератора.

На фиг. 2 представлена блок-схема устройства, реализующего этот способ, где обозначено: 1 - стабильный опорный генератор; 2 - фазовый детектор; 3 - фильтр нижних частот; 4 - перестраиваемый генератор; 5 - фильтр верхних частот.

Устройство содержит последовательно соединенные стабильный опорный генератор 1, фазовый детектор 2, ФНЧ 3, перестраиваемый генератор 4, один выход которого является выходом устройства, а другой соединен с вторым входом фазового детектора 2.

Входом устройства является вход ФВЧ 5, выход которого соединен с входом перестраиваемого генератора 4.

Устройство работает следующим образом.

Информационный модулирующий сигнал через фильтр 5 верхних частот попадает на вход перестраиваемого генератора 4, который изменяет свою частоту по закону модулирующего сигнала. Стабилизация перестраиваемого генератора 4 осуществляется с помощью кольца ФАПЧ, состоящего из фазового детектора 2 и ФНЧ 3, со стабильным опорным сигналом, формируемым опорным генератором 1.

Недостатком прототипа является невозможность создания стабильной частоты, изменяемой в широких пределах, особенно в случае использования кварцевых перестраиваемых генераторов, имеющих малый уровень шума.

Для устранения этого недостатка в способе, основанном на изменении по закону модулирующего сигнала частоты перестраиваемого генератора, подстраиваемого с помощью стабильного опорного генератора, изменяют по закону противофазного (инверсного) модулирующего сигнала частоту дополнительного перестраиваемого генератора, стабилизируемого тем же опорным генератором, умножают в n и (n-1) раз частоты основного и дополнительного перестраиваемых генераторов, с последующим выделением сигнала разностной частоты.

В устройство, содержащее последовательно соединенные опорный генератор, первый фазовый детектор, первый ФНЧ, первый перестраиваемый генератор, выход которого соединен с вторым входом первого фазового детектора, а также ФВЧ, соединенный с входом первого перестраиваемого генератора, введены первый умножитель, соединенный с выходом первого перестраиваемого генератора, последовательно соединенные второй фазовый детектор, второй ФНЧ, второй перестраиваемый генератор, второй выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, второй умножитель, смеситель, полосовой фильтр, а также инвертор, присоединенный между выходом ФВЧ и входом второго перестраиваемого генератора, выход первого умножителя соединен с вторым входом смесителя, а вход второго фазового детектора соединен с выходом опорного генератора.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Изменяют частоту первого перестраиваемого генератора по закону модулирующего сигнала. Частоту эту стабилизируют управляющим сигналом, формируемым с использованием стабильного опорного неперестраиваемого генератора. Частоту второго перестраиваемого генератора, стабилизированного тем же опорным генератором, изменяют по закону инверсного (противофазного) модулирующего сигнала. Умножают частоту первого перестраиваемого генератора в n раз, а частоту второго - в (n-1) раз, после чего выделяют сигнал разностной частоты.

Предлагаемый способ может быть реализован в устройстве, представленном на фиг.1, где обозначено: 1 - стабильный опорный генератор; 2 - фазовый детектор; 3 - фильтр нижних частот; 4 - перестраиваемый генератор; 5 - фильтр верхних частот; 6 - умножитель частоты; 7 - смеситель; 8 - полосовой фильтр; 9 - инвертор.

Устройство содержит стабильный опорный генератор 1, выход которого соединен с входами первого и второго фазовых детекторов 2₁ и 2₂, выходы которых через соответствующие ФНЧ 3₁ и 3₂ соединены с первым и вторым перестраиваемыми генераторами 4₁ и 4₂. Выходы этих генераторов 4₁ и 4₂ через соответствующие умножители частоты 6₁ и 6₂ соединены с входами смесителя 7. Выход смесителя 7 соединен с входом полосового фильтра 8, выход которого является выходом устройства. Вторые выходы перестраиваемых генераторов 4₁ и 4₂ соединены с вторыми входами соответствующих фазовых детекторов 2₁ и 2₂, а входы соединены с выходом ФВЧ 5, причем вход генератора 4₁ соединен с ФВЧ 5 непосредственно, а вход генератора 4₂ - через инвертор 9.

Работает устройство следующим образом.

Информационный модулирующий сигнал S(t) через ФВЧ 5 подается на первый перестраиваемый генератор 4₁, который изменяет свою частоту по закону S(t). Одновременно S(t) через ФВЧ 5 и инвертор 9 подается на вход второго перестраиваемого генератора 4₂. При этом в генераторе 4₂ частотная модуляция осуществляется по закону инверсному (противофазному) S(t). Стабилизация частоты блоков 4₁ и 4₂ производится опорным генератором 1 с помощью соответствующего кольца ФАПЧ, содержащих фазовый детектор 2 и ФНЧ 3. Сигнал с выхода генератора 4₁ поступает в умножитель 6₁, где частота сигнала умножителя в n раз, а с выхода генератора 4₂ сигнал поступает в умножитель 6₂, где частота его умножается в (n-1) раз (n - целое число). С выходов умножителей 6₁ и 6₂ сигналы подаются на смеситель 7, а затем разностный сигнал выделяется полосовым фильтром 8.

Устройство-прототип обеспечивает формирование сигнала с частотой модуляцией вида U(t) = U_ocos[ω_ot+Δω(t)+Δω_нс(t)+ϕ_o], (1) где U₀ - амплитуда колебания; ω_o - несущая частота; ϕ_o - начальная фаза колебания; Δω_нс(t) - знакопеременное случайное отклонение частоты перестраиваемого генератора, обусловленное нестабильностью стабилизирующего опорного генератора; Δω(t) = K·S(t), где K - коэффициент пропорциональности, связывающий изменение частоты с модулирующим напряжением S(t).

В предлагаемом устройстве с учетом модуляции первого перестраиваемого генератора 4₁ по закону S(t) и модуляции второго перестраиваемого генератора 4₂ по закону инверсному S(t) на выходе блоков 4₁ и 4₂ имеем соответственно

В (2) и (3) учтена стабилизация блоков 4₁ и 4₂ общим стабильным генератором 1. После умножения сигнала (2), сформированного в блоке 4₁ в n раз (n - целое число) в умножителе 6₁, на его выходе имеем
U_1n(t) = U^*_ocos[nω_ot+nΔω(t)+nϕ_o+nΔω_нс(t)] (4)
Аналогично, после умножения колебания (3) в (n-1) раз в блоке 4₂ на его выходе имеем

После выделения сигнала разностной частоты в смесителе 7 с полосовым фильтром 8 на выходе устройства получаем
U_вых(t) = U^*_o^*cos[ω_ot+(2n-1)Δωt+Δω_нс(t)+ϕ_o] (6)
Из выражения (6) видно, что предлагаемый способ частотной модуляции обеспечивает изменение частоты генератора в более широких пределах, чем прототип, при той же нестабильности частоты, определяемой стабильным опорным генератором.

Диапазон изменения частоты в предлагаемом устройстве больше, чем в прототипе, в n раз, где n - коэффициент умножения частоты в блоках 6₁ и 6₂.

Формула изобретения

1. Способ частотной модуляции, основанный на изменении по закону модулирующего сигнала частоты перестраиваемого генератора, синхронизируемого стабильным опорным генератором, отличающийся тем, что изменяют по закону инверсного модулирующего сигнала частоту дополнительного перестраиваемого генератора, стабилизированного тем же опорным генератором, умножают в n раз частоту основного и в (n-1) раз частоту дополнительного перестраиваемых генераторов, а затем выделяют сигнал разностной частоты.

2. Устройство частотной модуляции, содержащее последовательно соединенные стабильный опорный генератор, первый фазовый детектор, первый фильтр нижних частот (ФНЧ), первый перестраиваемый генератор, вход которого соединен с выходом фильтра верхних частот (ФВЧ) а выход - с вторым входом первого фазового детектора, отличающееся тем, что введены первый умножитель частоты в n раз, вход которого соединен с выходом первого перестраиваемого генератора, последовательно соединенные второй фазовый детектор, второй ФНЧ, второй перестраиваемый генератор, второй умножитель частоты в (n-1) раз, смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого умножителя, полосовой фильтр, а также инвертор, присоединенный между выходом ФВЧ и входом второго перестраиваемого генератора, второй выход которого соединен с вторым входом второго фазового детектора, своим входом соединенного с выходом стабильного опорного генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2